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固体物理学 的答案【胡安】.pdf
第一部分 晶体结构-总结与习题指导
1 布喇菲点阵和初基矢量
晶体结构的特点在于原子排列的周期性质。布喇菲点阵是平移操作
R n a =+n a +n a 所联系的诸点的列阵。布喇菲点阵是晶体结构周期性的数学
1 1 2 2 3 3
抽象。点阵矢量R n a =+n a +n a ,其中,n ,n 和n 均为整数,a ,a 和a
1 1 2 2 3 3 1 2 3 1 2 3
是不在同一平面内的三个矢量,叫做布喇菲点阵的初基矢量,简称基矢。初基矢
量所构成的平行六面体是布喇菲点阵的最小重复单元。
布喇菲点阵是一个无限的分立点的列阵,无论从这个列阵中的哪个点去观
察,周围点的分布和排列方位都是完全相同的。
对一个给定的布喇菲点阵,初级矢量可以有多种取法。
2 初基晶胞(原胞)
初基晶胞是布喇菲点阵的最小重复单元。初基晶胞必定正好包含布喇菲点阵
的一个阵点。
对于一个给定的布喇菲点阵,初基晶胞的选取方式可以不只一种,但不论初
基晶胞的形状如何,初基晶胞的体积是唯一的,V a =⋅ a ×a 。
c 1 ( 2 3 )
3 惯用晶胞(单胞)
惯用晶胞是为了反映点阵的对称性而选用的晶胞。惯用晶胞可以是初基的或
非初基的。惯用晶胞的体积是初基晶胞体积的整数倍,V nV 。其中,n 是惯用
c
晶胞所包含的阵点数。
确定惯用晶胞几何尺寸的数字叫做点阵常数。
4 维格纳-赛兹晶胞(W-S 晶胞)
维格纳-赛兹晶胞是另一种能够反映晶体宏观对称性的晶胞,它是某一阵点
与相邻阵点连线的中垂面(或中垂线)所围成的最小体积。维格纳-赛兹晶胞是初基
晶胞。
1
5 晶体结构
当我们强调一个实际的晶体与布喇菲点阵的抽象几何图案的区别时,我们用
“ 晶体结构”这个名词[1]。
理想的晶体结构是由相同的物理单元放置在布喇菲点阵的阵点上构成的。这
些物理单元称为基元,它可以是原子、分子或分子团(有时也可以指一组抽象的
几何点) 。将基元平移布喇菲点阵的所有点阵矢量,就得到晶体结构,或等价地
表示为
基元十点阵=晶体结构[2]
当选用非初基的惯用晶胞时,一个布喇菲点阵可以用带有基元的点阵去描写。
例如,在强调体心立方和面心立方布喇菲点阵的立方对称性时,我们常把它们分
⎛ a ˆ ˆ ˆ ⎞ ⎛ a ˆ ˆ a ˆ ˆ a ˆ ˆ ⎞
别用带有两点基元 0, x +y +z 或四点基元 0, x +y , y +z , z +x
⎜ ( )⎟ ⎜ ( ) ( ) ( )⎟
⎝ 2 ⎠ ⎝ 2 2 2 ⎠
的简单立方处理。
注释: [1] 布喇菲点阵是无限的,实际的晶体则是有限的。因此,在作为理想晶
体处理时,需要加上周期性边界条件。
[2] 有时晶体结构又称为带有基元的点阵。
2
例题
1.1 bcc 点阵和fcc 点阵的初基矢量 对bcc 和fcc 布喇菲点阵,可以选取
一个菱面体为初基晶胞,亦即选取初基矢量a ,a ,a 大小相等,彼此夹角亦
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